内容正文:
赏析数列与函数、不等式的交汇问题
■河北省张家口市第一中学 陈荣荣
数列是以正整数为自变量的一类特殊函
数,也是高中数学中的重要内容之一。借助
数列的函数特性解决数列问题,在一定程度
上能简化运算。通过构造函数,利用函数的
定义、图像、性质解决数列问题,对解决数列
通项、数列最值等问题有重要的作用。下面
从两个方面谈一谈数列与函数、不等式的交
汇问题。
一、数列与函数综合问题的主要类型及
求解策略
①已知函数条件,解决数列问题,一般利
用函数的性质、图像研究数列问题。
②已知数列条件,解决函数问题,一般要
利用数列的通项公式、前n项和公式、求和方
法等对式子化简变形。
注意数列与函数的不同,数列只能看作
自变量为正整数的一类函数,在解决问题时
要注意这一特殊性。
例 1 数列{an}满足an+1=
1+an
1-an
,
a1=2,n∈N*,若Tn=a1·a2·…·an,n∈
N*,则T10= 。
解析:因为a1=2,an+1=
1+an
1-an
,所以
a2=
1+a1
1-a1
=-3,a3=
1+a2
1-a2
=-
1
2
,a4=
1+a3
1-a3
=
1
3
,a5=
1+a4
1-a4
=2=a1,数列{an}是
周期为4的周期数列。
又因为 T4=a1a2a3a4=2×(-3)×
-
1
2 ×13=1,所以 T10=(a1a2a3a4)·
(a5a6a7a8)· (a9a10)= (a1a2a3a4)·
(a1a2a3a4)·(a1a2)=1×1×2×(-3)=
-6。
点评:已知数列的递推关系式,并观察到
项的值具有跳跃性,通常不必求通项公式,应
探究是否有周期性规律。如果能从数列的实
质———函数的角度探究周期性规律,就更切
合问题的本质,从而把握规律,轻松求解。
解决数列周期性问题的方法:根据给出
的关系式求出数列的若干项,通过观察归纳
出数列的最小正周期,进而求有关项的值或
者前n项的和或积。
例 2 已知数列{an}的前n 项和为
Sn,a1=2,对任意的正整数n,点(an+1,Sn)均
在函数f(x)=x 的图像上。
(1)证明:数列{Sn}是等比数列;
(2)问{an}中是否存在不同的三项能构
成等差数列,并说明理由。
解析:(1)对任意的正整数n,点(an+1,
Sn)均在函数f(x)=x 的图像上,可得Sn=
an+1=Sn+1-Sn,即Sn+1=2Sn。
因为a1=2,所以S1=a1=2。
因此,数列{Sn}是首项为2,公比为2的
等比数列。
(2)不存在。
由(1)得Sn=2·2n-1=2n。
当n≥2时,an=Sn-Sn-1=2n-2n-1=
2n-1。
又因为a1=2,所以an=
2,n=1,
2n-1,n≥2。
易知a1=a2,且从第二项起数列{an}严
格单调递增。
假设存在2≤m<n<p,使得am,an,ap
成等差数列,可得2an=am +ap,即2n=
2m-1+2p-1。
两边同除以2m-1,可得2n+1-m=1+2p-m。
因为2n+1-m 是偶数,1+2p-m 是奇数,所
以2n+1-m ≠1+2p-m。
因此,假设不成立,即{an}中不存在不同
的三项能构成等差数列。
点评:本题借助函数关系研究数列问题,
其本质仍是一个数列问题,通过函数的图像
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知识篇 新高考名师护航
高二数学 2024年2月
得出数列的递推关系,从而利用数列问题的
研究方法进行解决。
二、数列与不等式综合问题的求解策略
解决数列与不等式的综合问题时,若是
证明题,则要灵活选择不等式的证明方法,如
比较法、综合法、分析法、放缩法等;若是含参
数的不等式恒成立问题,则可分离参数,转化
为研究最值问题来解决。
解恒成立问题常用到的方法是:
a>F(n)恒成立⇔a>F(n)max;a<
F(n)恒成立⇔a<F(n)min。
例 3 (2023年重庆巴南区一模)已知
等比数列{an}满足:a1+a2=20,a2+a3=
80。数列{bn}满足bn=log2 an(n∈N*),其
前n项和为Sn,若
bn
Sn+8
≤λ恒成立,则λ的
最小值为 。
解析:设等比数列{an}的公比为q,则
a2+a3=q(a1+a2)=20q=80,解得q=4。
所以a1+a2=a1+a1q=5a1=20,解得
a1=4,故an=a1qn-1=4n。
因此,bn=log2 an=log2 4n=2n。
因为bn+1-bn=2(n+1)-2n=2,所以
数列{bn}是等差数列。
Sn=
n(b1+bn)
2 =
n(2n+2)
2 =n
(n+1)。
bn
Sn+8
=
2n
n2+8+n
=
2
n+
8
n+1
。
易知函数y=x+
8
x+1
在(0,22)上单